控制系统校正

自动控制理论

《控制系统校正》

学院：信息与控制工程学院

专业：测控技术与仪器

班级：11-1

姓名：袁翔

学号：11054123

2013年12月

（一）串联校正装置对系统性能（时域）的影响

1、实验目的：

（1）了解和观测串联校正装置对系统稳定性及瞬态性能的影响；

（2）验证设计的校正装置是否满足系统的性能要求； （3）了解系统开环放大倍数对系统稳定性的影响。 2、实验装置：

（1）微型计算机；

（2）自动控制实验教学软件包。 3、实验原理与方法：

（1）串联校正装置对系统稳定性及瞬态性能的影响，设单位反馈系统的结构如下图所示：

其中）s （G c 为串联校正环节，采用下列三种校正方案，分别测试系统在加校正前和加校正后的是与性能指标，并加以比较。

① 超前校正方案：）

s （G c =11.01

6.0++s s

② 滞后校正方案：）

s （G c =1

301

5.2++s s

③ 超前——滞后校正方案：）

s （G c =)

115.0)(112()

1)(11.2(++++s s s s

（2）设计校正装置并验证设计的校正装置是否满足系统的性能要求。 ①未校正系统的原理方块图如下图所示：

系统的闭环传递函数为：Φ(s)=

205.02++s s =40

240

2

++s s

系统的无阻尼自然频率：ωn =40=6.32，阻尼比为：ζ=1/ωn =0.158，所以未校正时系统的超调量σ%为：σ%=2

1/-ςςπ-

=0.60=60%,调节时间s t 为：s t =

n

4

ςω=4s ，系统的静态速度误差系数K v 等于一型系统的开环增益，即：K v =20s -1。 ②要求设计串联校正装置使系统满足一下性能指标： A ：超调量σ%为：σ%≤25% B ：调节时间t s ≤1s

C:静态速度误差系数K v ≥20s 由σ%=2

1/-ςςπ-

≤25%，得到ζ＞0.4，取ζ=0.5；由s t =

n

4

ςω≤1s ，得到ωn ≥

ς

4

=8s -1，因为要求νK ≥20s -1，所以取νK =20；故此利用相消法可求得加上校正装置后整个系统的开环传递函数为： G(s)=

)1T ()15.0(++s s ×)10.5(20

+s s =)1T (20s +s s =)T /1(T /20+s s 式中：1

T 15.0++s s 为校

正装置的传递函数，T 为待定时间常数，由上式得到加上校正装置后整个系统的闭环床底函数为：Φ(s)=

T

20T 1T

/202+

+s s 故有：

ωn 2=20/T

2ζωn =1/T

因此取ζ=0.5，所以传递函数为Φ(s)=

T

20T 1T /202

++s s ，所以得到ωn =20，T 1

=20，

即：T=0.05，所以校正装置的传递函数为：）

s （G c =1

05.01

5.0++s s

③ 加上校正装置后系统的原理方块图如下图所示：

（1）按照前面的方法，选择自动控制原理实验/实验八 控制系统校正（一）菜单项，找到其下一集子菜单即：（串联叫对系统性能的影响）和（串联见证装置的设计），这就是本次实验的全部内容，再点击窗帘见证对系统性能的影响菜单就会出现实验内同窗口：

（2）设置校正装置G c (s)=1的比例环节，测试未校正前系统的性能指标。

①调节开环增益放大倍数K ，使σ%=25%，测试并记录此时的放大倍数K ，调节时间t s 以及阶跃响应曲线；

②增大K ，直至系统出现临界振荡，记录K 琳姐； （3）接入超前校正环节，即设置）

s （G c =1

1.01

6.0++s s ，测试并记录系统加入超前校

正环节后，系统的性能指标变化。

①保持K 琳姐不变，测试并记录超调量σ%，调节时间t s 及阶跃响应曲线；

②调节K ，使σ%=25%，测试并记录此时的放大倍数K ，调节时间t s 及阶跃响应曲线；

（4）去除超前校正环节，将原系统调到临界振荡状态，再接入滞后校正装置，即设置）

s （G c =1

301

5.2++s s ，测试并记录加入滞后校正环节后系统性能指标的变化。

①保持K 临界不变，测试并记录超调量σ%，调节时间t s 及阶跃响应曲线；

②调节K ，使σ%=25%，测试并记录此时的放大倍数K ，调节时间t s 及阶跃响应曲线；

（5）去除滞后校正环节，将原系统调到临界振荡状态，再接入超前—滞后校正

装置，即设置）s （G c

=)

115.0)(112(）1）（11.2（++++s s s s ，测试并记录加入超前—滞后校正环节后系统性能指标的变化。

①保持K 临界不变，测试并记录超调量σ%，调节时间t s 及阶跃响应曲线；

②调节K ，使σ%=25%，测试并记录此时的放大倍数K ，调节时间t s 及阶跃响应曲线；

（6）验证设计的校正装置是否满足系统的性能要求，点击串联校正装置的设计菜单就会出现如下图所示的实验内容二的窗口：

校正装置

对象模型

（7）设置校正装置）s （G c =1的比例环节，测试并记录未校正前系统的性能指标：超调量σ%，调节时间s t 及阶跃响应曲线； （8）接入校正环节，即设置）

s （G c =1

05.01

5.0++s s ，测试并记录加入校正环节后系

统性能指标的变化：超调量σ%，调节时间s t 及阶跃响应曲线，并验证是否满足要求。

5、实验数据记录

记录实验结果是为了读数精确，可利用上面菜单中的工具箱，用鼠标左键点击曲线上想要读取的点，显示坐标：

（1）根据实验内容一数据填写下表一； （2）根据实验内容二数据填写下表二；

由速度误差计算公式知：νK =)()(lim 0

s s H s sG →=)()(lim

001

s s H s G s

K -→ν

其中H （s ）=H 0（s ）=1，未接入校正环节时G （s ）=

s

s 5.020

2

+，接入校正环节

之后G （s ）=

105.015.0++s s ×s

s 5.020

2+，代入已知数据可得：